KR100358149B1 - Method for forming FeRAM by using plasma treatment for recovering degradation of ferroelectric capacitor - Google Patents

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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B53/00Ferroelectric RAM [FeRAM] devices comprising ferroelectric memory capacitors

Abstract

본 발명은 금속막 형성 이후에도 적용 가능한 플라즈마 처리를 이용하여 강유전체 캐패시터 열화를 회복시키는 강유전체 메모리 소자 제조 방법에 관한 것으로, 금속막 식각 이후에 발생된 강유전체 캐패시터의 열화를 플라즈마 처리를 이용하여 회복시키는데 특징이 있다. 즉, 본 발명은 플라즈마 발생영역과 공정 진행 영역이 구분되는 다운스트림 방식의 장치 내에서 플라즈마 처리를 실시하여 높은 에너지의 하전 입자는 반도체 기판에 도달하지 못하게 하고, 플라즈마 내의 자외선을 기판에 도달시켜 자외선에 의해 강유전체막 내에 전자-정공 쌍이 형성되도록 하고, 이와 같이 형성된 전자-정공 쌍이 도메인 계면에 고정된 전하를 중화시켜 도메인 벽의 움직임을 원활하게 하는 역할을 하게 함으로써 강유전체 캐패시터의 열화를 회복시킨다.The present invention relates to a method of fabricating a ferroelectric memory device that restores deterioration of a ferroelectric capacitor by using a plasma process that is applicable even after forming a metal film, and is characterized in recovering deterioration of a ferroelectric capacitor generated after metal film etching using a plasma process have. That is, according to the present invention, a plasma process is performed in a downstream apparatus in which a plasma generation region and a process progress region are distinguished from each other to prevent high-energy charged particles from reaching a semiconductor substrate, and ultraviolet rays in a plasma reach a substrate, Hole pair in the ferroelectric film, and the electron-hole pairs thus formed serve to neutralize the charge fixed on the domain interface, thereby smoothly moving the domain wall, thereby restoring deterioration of the ferroelectric capacitor.

Description

플라즈마 처리를 이용하여 강유전체 캐패시터의 열화를 회복시키는 강유전체 메모리 소자 제조 방법{Method for forming FeRAM by using plasma treatment for recovering degradation of ferroelectric capacitor}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a ferroelectric memory device for recovering degradation of a ferroelectric capacitor using a plasma process,

본 발명은 강유전체 메모리 소자 제조 분야에 관한 것으로 특히, 금속막 형성 이후에도 적용 가능한 플라즈마 처리를 이용하여 강유전체 캐패시터 열화를 회복시키는 강유전체 메모리 소자 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ferroelectric memory device manufacturing field, and more particularly, to a ferroelectric memory device manufacturing method for recovering deterioration of a ferroelectric capacitor by using a plasma process applicable even after forming a metal film.

반도체 메모리 소자에서 강유전체(ferroelectric) 재료를 캐패시터에 사용함으로써 기존 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 소자에서 필요한 리프레쉬(refresh)의 한계를 극복하고 대용량의 메모리를 이용할 수 있는 소자의 개발이 진행되어왔다. FeRAM(ferroelectric random access memory) 소자는 비휘발성 메모리 소자의 일종으로 전원이 끊어진 상태에서도 저장 정보를 기억하는 장점이 있을 뿐만 아니라 동작 속도도 기존의 DRAM에 필적하여 차세대 기억소자로 각광받고 있다.2. Description of the Related Art Development of a device capable of overcoming the refresh limit required in conventional dynamic random access memory (DRAM) devices and utilizing a large memory capacity has been proceeded by using a ferroelectric material in a capacitor in a semiconductor memory device. Ferroelectric random access memory (FeRAM) is a kind of nonvolatile memory device. It has the advantage of storing the stored information even when the power is off, and the operating speed is also attracting attention as a next generation memory device comparable to the conventional DRAM.

FeRAM의 축전물질로는 SriBijTa2O9(이하 SBT)와 Pb(Zr,Ti)O3(이하 PZT) 박막이 주로 사용된다. 강유전체는 상온에서 유전상수가 수백에서 수천에 이르며 두 개의 안정한 잔류분극(remnant polarization) 상태를 갖고 있어 이를 박막화하여 비휘발성(nonvolatile) 메모리 소자로의 응용이 실현되고 있다. 강유전체 박막을 이용하는 비휘발성 메모리 소자는, 가해주는 전기장의 방향으로 분극의 방향을 조절하여 신호를 입력하고 전기장을 제거하였을 때 남아있는 잔류분극의 방향에 의해 디지털 신호 1과 0을 저장하는 원리를 이용한다.As the storage material of FeRAM, Sr i Bi j Ta 2 O 9 (hereinafter referred to as SBT) and Pb (Zr, Ti) O 3 (hereinafter referred to as PZT) thin films are mainly used. The ferroelectric has a dielectric constant ranging from several hundreds to several thousands at room temperature and has two stable remnant polarization states, which are thinned to realize application as a nonvolatile memory device. The nonvolatile memory device using the ferroelectric thin film uses a principle of controlling the polarization direction in the direction of the applied electric field and storing the digital signals 1 and 0 according to the direction of the residual polarization when the electric field is removed .

FeRAM의 실용화를 위해서는 페시베이션층(passivation layer) 형성 공정 이후에도 캐패시터의 특성이 유지되어야 한다. 금속배선 형성 공정 이전에는 캐패시터의 열화가 발생하였을 경우 열처리를 통하여 열화된 캐패시터 특성을 회복시킬 수 있지만, 금속막의 특성상 금속배선 형성 공정 이후에는 열처리 공정을 수행할 수 없게 된다.In order to put the FeRAM into practical use, the characteristics of the capacitor must be maintained even after the passivation layer forming process. If deterioration of the capacitor occurs before the metal wiring formation process, the capacitor characteristics deteriorated by the heat treatment can be recovered. However, due to the characteristics of the metal film, the heat treatment process can not be performed after the metal wiring formation process.

따라서, 금속배선 형성 공정 이후 캐패시터가 열화된 경우 소자의 양호한 전기적 특성을 확보하기가 어려운 문제점이 있다.Therefore, when the capacitor is deteriorated after the metal wiring forming process, it is difficult to secure good electrical characteristics of the device.

첨부된 도면 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 종래 기술에 따른 FeRAM 소자 제조 공정 방법을 상세하게 설명한다.A method of manufacturing a FeRAM device according to the related art will be described in detail with reference to FIGS. 1A to 1D.

도 1a는 소자분리를 위한 필드산화막(field oxide, 11) 그리고 게이트 절연막(12), 게이트 전극(13) 및 액티브 영역(14)으로 이루어지는 트랜지스터(CMOS 트랜지스터) 형성이 완료된 반도체 기판(10)을 덮는 제1 층간절연막(15) 내에 콘택홀을 형성하고, 상기 콘택홀을 통하여 트랜지스터의 액티브 영역(14)과 연결되는 비트라인(16)을 형성한 다음, 비트라인(16) 형성이 완료된 전체 구조 상에 제2 층간절연막(17) 및 페시베이션 산화막(18)을 형성한 상태를 보이고 있다. 도 1b에서 보이는 CMOS 트랜지스터 형성 공정은 DRAM 제조 공정에서도 일반적으로 사용하는 방법으로 통상 프론트-엔드(front-end) 공정이라 한다.1A shows a semiconductor device in which a field oxide film 11 for isolating a device and a semiconductor substrate 10 on which a transistor (CMOS transistor) composed of a gate insulating film 12, a gate electrode 13 and an active region 14 have been formed A contact hole is formed in the first interlayer insulating film 15 and a bit line 16 connected to the active region 14 of the transistor is formed through the contact hole. The second interlayer insulating film 17 and the passivation oxide film 18 are formed on the second interlayer insulating film 17. The CMOS transistor forming process shown in FIG. 1B is generally used in a DRAM manufacturing process, and is generally referred to as a front-end process.

도 1b는 상기와 같은 프론트-엔드 공정이 완료된 반도체 기판(10) 상부에 하부전극과 페시베이션 산화막(18) 사이의 접합성을 향상시키기 위한 접착층(19)을 형성하고, 하부전극막(20), 강유전체막(21) 및 상부전극막(22)을 적층하고 선택적으로 플라즈마 식각하여 캐패시터를 형성한 상태를 나타내고 있다.1B shows an example in which an adhesive layer 19 for improving bonding between the lower electrode and the passivation oxide film 18 is formed on the semiconductor substrate 10 having completed the front-end process as described above, and the lower electrode film 20, The ferroelectric film 21 and the upper electrode film 22 are stacked and the capacitor is formed by selectively etching the plasma.

도 1c는 캐패시터 형성이 완료된 전체 구조 상에 제3 층간절연막(23)을 형성하고, 제3 층간절연막(23)을 선택적으로 식각하여 캐패시터 상부전극막(22)을 노출시키는 제1 콘택홀(C1)을 형성한 다음, 상기 제1 콘택홀(C1)을 통하여 상기 상부전극(22)과 접하는 제1 확산방지막(24) 패턴을 형성하고, 제3 층간절연막(23), 페시베이션 산화막(18), 제2 층간절연막(17), 및 제1 층간절연막(15)을 선택적으로 식각하여 트랜지스터의 액티브 영역(14)을 노출시키는 제2 콘택홀(C2)을 형성한 것을 보이고 있다.1C, a third interlayer insulating film 23 is formed on the entire structure in which the capacitor is formed, and a first contact hole C1 (see FIG. 1C) for exposing the capacitor upper electrode film 22 by selectively etching the third interlayer insulating film 23, The first diffusion preventing film 24 is formed in contact with the upper electrode 22 through the first contact hole C1 and the third interlayer insulating film 23 and the passivation oxide film 18 are formed, The second interlayer insulating film 17 and the first interlayer insulating film 15 are selectively etched to form the second contact hole C2 exposing the active region 14 of the transistor.

도 1d는 전체 구조 상에 제2 확산방지막(25) 및 금속막(26)을 형성하고, 금속막(26) 및 제2 확산방지막(25)을 선택적으로 플라즈마 식각하여 스토리지 노드로 사용되는 상부전극(22)과 트랜지스터의 액티브 영역(14)을 연결하는 금속배선을 형성한 것을 나타내고 있다.1D shows a structure in which a second diffusion preventing film 25 and a metal film 26 are formed on the entire structure and a metal film 26 and a second diffusion preventing film 25 are selectively plasma etched to form an upper electrode And a metal wiring connecting the active region 22 of the transistor and the active region 14 of the transistor is formed.

전술한 종래 FeRAM 소자 제조 공정에서 도 1c에 보이는 제1 확산방지막(24) 형성 전까지 발생한 캐패시터의 열화는 700 ℃ 이상의 고온 열처리 공정으로 회복할 수 있다. 그러나, 제1 확산방지막(24) 형성 이후에 발생한 캐패시터의 열화는 열처리 공정으로 회복할 수 없다. 즉, 제1 확산방지막(24)을 주로 이용되는 TiN으로 형성한 경우를 예로써 설명하면, 산소분위기에서 열처리시 온도가 400 ℃ 이상이 되면 상변화(phase transition)가 일어나 확산방지막으로서 역할을 하지 못하기 때문에 고온 열처리를 실시할 수 없게 된다.In the above-described conventional FeRAM device fabrication process, the deterioration of the capacitor occurring before the formation of the first diffusion prevention film 24 shown in FIG. 1C can be recovered by the high temperature heat treatment process at 700 ° C. or more. However, the deterioration of the capacitor that occurs after the formation of the first diffusion prevention film 24 can not be recovered by the heat treatment process. In other words, if the first diffusion prevention film 24 is formed of TiN, for example, a phase transition occurs when the temperature is 400 ° C or more in an oxygen atmosphere, thereby acting as a diffusion barrier The high temperature heat treatment can not be performed.

이와 같이 금속막 식각 이후에 발생된 캐패시터의 열화는 고온 열처리로써 회복시키기가 불가능하기 때문에, 경우에 따라서는 비교적 낮은 온도인 400 ℃에서 회복 열처리를 수행하지만 이와 같이 낮은 온도에서 열화된 캐패시터 특성을 회복시키기 어렵다.Since the deterioration of the capacitor after the metal film etching can not be recovered by the high temperature heat treatment, the recovery heat treatment is performed at a relatively low temperature of 400 ° C in some cases, but the deteriorated capacitor characteristics It is difficult to make.

전술한 바와 같이 열화된 강유전체 캐패시터 특성을 열처리 방법으로 회복하는 종래 기술은 금속막 형성 이후에는 적용할 수 없어, 금속막 식각 공정 등에 의해 발생된 강유전체 캐패시터의 열화를 회복하기 어려운 문제점이 있다.The conventional technique of recovering the deteriorated ferroelectric capacitor characteristics by the heat treatment method as described above can not be applied after forming the metal film and it is difficult to recover deterioration of the ferroelectric capacitor caused by the metal film etching process or the like.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 금속막 형성 이후에도 적용 가능한 플라즈마 처리를 이용하여 강유전체 캐패시터 열화를 회복시키는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a method of recovering deterioration of a ferroelectric capacitor by using a plasma process applicable even after forming a metal film.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 FeRAM 소자 제조 공정 단면도,FIGS. 1A to 1D are cross-sectional views of a conventional FeRAM device manufacturing process,

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시 예에 따른 FeRAM 소자 제조 공정 단면도,FIGS. 2A to 2E are sectional views of a manufacturing process of a FeRAM device according to an embodiment of the present invention,

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 전 후의 분극이력 곡선을 보이는 그래프.FIGS. 3A and 3B are graphs showing a polarization hysteresis curve before and after the plasma treatment according to the present invention. FIG.

*도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명*DESCRIPTION OF THE RELATED ART [0002]

40: 하부전극막 41: 강유전체막40: lower electrode film 41: ferroelectric film

42: 상부전극막 44: 제1 확산방지막42: upper electrode film 44: first diffusion barrier film

45: 제2 확산방지막 46: 금속막45: second diffusion preventing film 46: metal film

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 트랜지스터를 포함한 하부구조 형성이 완료된 반도체 기판 상부에 하부전극, 강유전체막 및 상부전극을 적층하여 강유전체 캐패시터를 형성하는 단계; 상기 트랜지스터와 상기 강유전체 캐패시터를 연결하는 금속배선을 형성하는 단계; 및 플라즈마 발생영역으로부터 공정진행 영역으로 플라즈마를 확산시키는 장치내에서 플라즈마 처리를 수행하여 상기 금속배선을 형성하는 단계에서 발생한 상기 강유전체의 특성열화를 회복시키는 단계를 포함하는 강유전체 메모리 소자 제조 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including: forming a ferroelectric capacitor by stacking a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode on a semiconductor substrate having a lower structure including a transistor formed thereon; Forming a metal interconnection connecting the transistor and the ferroelectric capacitor; And recovering characteristic deterioration of the ferroelectric material generated in the step of forming the metal interconnection by performing a plasma treatment in an apparatus for diffusing a plasma from a plasma generating region to a process progressing region .

본 발명은 금속막 식각 이후에 발생된 강유전체 캐패시터의 열화를 플라즈마 처리를 이용하여 회복시키는데 특징이 있다. 즉, 도메인(domain) 계면 또는 그레인 경계(grain boundary)에 고정된 하전입자를 플라즈마 처리에 의해 제거하여 캐패시터의 열화를 회복시킨다.The present invention is characterized in that the deterioration of the ferroelectric capacitor generated after the metal film etching is recovered by using a plasma treatment. That is, a charged particle fixed at a domain interface or a grain boundary is removed by plasma treatment to restore deterioration of the capacitor.

플라즈마 식각 과정에서, 플라즈마 내의 이온과 전자가 높은 에너지를 가지고 기판에 부딪힌다. 또한, 플라즈마의 방사(radiation)로 강유전체는 손상을 입게 된다. 미시적인 과점에서 보면 강유전체의 손상은 플라즈마에서 공급된 이온과 전자 또는 방사에 의해서 생성된 전자와 정공이 캐패시터 내부로 확산되어 강유전체의 도메인(domain)과 도메인의 계면 또는 그레인 경계(grain boundary)에 고정되어 도메인 벽(wall)의 움직임을 방해하여 캐패시터의 열화를 유발한다.In the plasma etching process, ions and electrons in the plasma strike the substrate with high energy. Also, the radiation of the plasma damages the ferroelectric. In micro-scale, the damage of ferroelectric is caused by diffusion of ions and electrons generated by plasma or electrons generated by spinning into the capacitor and fixed to the interface or grain boundary of the domain and domain of the ferroelectric. Thereby interfering with the motion of the domain wall and causing deterioration of the capacitor.

따라서, 본 발명은 플라즈마 발생영역과 공정 진행 영역이 구분되는 다운스트림 방식의 장치 내에서 플라즈마 처리를 실시하여 높은 에너지의 하전 입자는 반도체 기판에 도달하지 못하게 하고, 플라즈마 내의 자외선(ultra-violet)을 기판에 도달시켜 자외선에 의해 강유전체막 내에 전자-정공 쌍이 형성되도록 하고, 이와 같이 형성된 전자-정공 쌍이 도메인 계면에 고정된 전하를 중화시켜 도메인 벽의 움직임을 원활하게 하는 역할을 하게 함으로써 강유전체 캐패시터의 열화를 회복시킨다.Therefore, the present invention can provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method that can perform plasma processing in a downstream apparatus in which a plasma generation region and a process progress region are separated, thereby preventing high-energy charged particles from reaching a semiconductor substrate, Hole pairs in the ferroelectric film by ultraviolet rays reaching the substrate and neutralizing the charges fixed on the domain interface by the pair of electrons and holes formed as described above to smooth the motion of the domain wall, thereby deteriorating the deterioration of the ferroelectric capacitor .

첨부된 도면 도 2a 내지 도 2e를 참조하여 종래 기술에 따른 FeRAM 소자 제조 공정 방법을 상세하게 설명한다.A method of manufacturing a FeRAM device according to the related art will be described in detail with reference to FIGS. 2A to 2E.

먼저 도 2a에 도시한 바와 같이, 소자분리를 위한 필드산화막(31) 그리고 게이트 절연막(32), 게이트 전극(33) 및 액티브 영역(34)으로 이루어지는 트랜지스터(CMOS 트랜지스터) 형성이 완료된 반도체 기판(30)을 덮는 제1 층간절연막(35) 내에 콘택홀을 형성하고, 상기 콘택홀을 통하여 트랜지스터의 액티브 영역(34)과 연결되는 비트라인(36)을 형성한 다음, 비트라인(36) 형성이 완료된 전체 구조 상에 제2 층간절연막(37) 및 페시베이션 산화막(38)을 형성하는 프론트-엔드 공정을 실시한다.First, as shown in FIG. 2A, a field oxide film 31 for isolating elements and a semiconductor substrate 30 (a gate electrode) are formed on which a transistor (CMOS transistor) composed of a gate insulating film 32, a gate electrode 33 and an active region 34 has been formed A bit line 36 connected to the active region 34 of the transistor is formed through the contact hole and then the bit line 36 is formed in the first interlayer insulating film 35, A front-end process is performed in which the second interlayer insulating film 37 and the passivation oxide film 38 are formed on the entire structure.

다음으로 도 2b에 보이는 바와 같이, 상기와 같은 프론트-엔드 공정이 완료된 반도체 기판(30) 상부에 하부전극과 페시베이션 산화막(38) 사이의 접합성을 향상시키기 위한 접착층(39)을 형성하고, 하부전극막(40), 강유전체막(41) 및 상부전극막(42)을 적층하고 선택적으로 플라즈마 식각하여 캐패시터를 형성한다. 본 발명의 실시예에서 상기 하부전극막(40) 및 상기 상부전극막(42) 각각은 Pt, Ir, Ru,IrO2또는 RuO2중 적어도 어느 하나의 물질로 형성하고, 상기 강유전체막(41)은 페롭스카이트(perovskite) 구조의 Pb(Zr,Ti)O3, (Pb, La)(Zr,Ti)O3, 레이어드 페롭스카이트(layered-perovskite) 구조의 BiSr2Ta2O9, BiSr2(Ta, Nb)2O9, Bi4Ti3O12, 또는 (Bi,La)4Ti3O12로 형성한다.Next, as shown in FIG. 2B, an adhesive layer 39 for improving bonding between the lower electrode and the passivation oxide layer 38 is formed on the semiconductor substrate 30 having completed the front-end process as described above, The electrode film 40, the ferroelectric film 41, and the upper electrode film 42 are laminated and selectively etched by plasma to form a capacitor. The lower electrode film 40 and the upper electrode film 42 may be formed of at least one material selected from the group consisting of Pt, Ir, Ru, IrO 2, and RuO 2 , and the ferroelectric film 41, the perovskite (perovskite) Pb (Zr, Ti ) of the structure O 3, (Pb, La) (Zr, Ti) O 3, layered perovskite (layered-perovskite) structure of BiSr 2 Ta 2 O 9, BiSr 2 (Ta, Nb) 2 O 9 , Bi 4 Ti 3 O 12 , or (Bi, La) 4 Ti 3 O 12 .

이어서 도 2c에 도시한 바와 같이, 캐패시터 형성이 완료된 전체 구조 상에 제3 층간절연막(43)을 형성하고, 제3 층간절연막(43)을 선택적으로 식각하여 캐패시터 상부전극막(42)을 노출시키는 제1 콘택홀(C1)을 형성한 다음, 상기 제1 콘택홀(C1)을 통하여 상기 상부전극(42)과 접하는 제1 확산방지막(44) 패턴을 형성하고, 제3 층간절연막(43), 페시베이션 산화막(38), 제2 층간절연막(37), 및 제1 층간절연막(35)을 선택적으로 식각하여 트랜지스터의 액티브 영역(34)을 노출시키는 제2 콘택홀(C2)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2C, a third interlayer insulating film 43 is formed on the entire structure in which the capacitor is formed, and the third interlayer insulating film 43 is selectively etched to expose the capacitor upper electrode film 42 A first diffusion preventing film 44 pattern is formed in contact with the upper electrode 42 through the first contact hole C1 after forming the first contact hole C1 and the third interlayer insulating film 43, The passivation oxide film 38, the second interlayer insulating film 37 and the first interlayer insulating film 35 are selectively etched to form a second contact hole C2 exposing the active region 34 of the transistor.

다음으로 도 2d에 보이는 바와 같이, 전체 구조 상에 제2 확산방지막(45) 및 금속막(46)을 형성하고, 금속막(46) 및 제2 확산방지막(45)을 선택적으로 플라즈마 식각하여 스토리지 노드로 사용되는 상부전극(42)과 트랜지스터의 액티브 영역(34)을 연결하는 금속배선을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2D, a second diffusion preventing film 45 and a metal film 46 are formed on the entire structure, and the metal film 46 and the second diffusion preventing film 45 are selectively plasma- And forms a metal wiring connecting the upper electrode 42 used as a node and the active region 34 of the transistor.

이어서 도 2e에 도시한 바와 같이, 상기와 같은 금속배선 형성을 위한 식각 공정에서 열화된 강유전체 특성을 회복하기 위하여 플라즈마 처리를 실시한다. 이때 플라즈마 처리는, 마이크로 웨이브(microwave) 또는 RF(radio frequency) 다운스트림(downstream) 방식의 장치 내에 O2와 N2의 혼합가스 또는 상기 혼합가스에Ar, Cl2, He, CF4, H2O, CHF3, NH3가스 중 적어도 어느 하나를 더 혼합한 가스의 총 유량이 20 sccm 내지 5000 sccm 되도록 주입하고, 200 W 내지 4000 W의 소오스 파워를 인가하고, 0.1 torr 내지 100 torr 압력, 척의 온도는 20 ℃ 내지 300 ℃인 조건에서 30 초 내지 300 초 동안 실시한다. 다운스트림 방식의 장치는 일반적으로 식각시 사용되는 플라즈마 발생 장치와 달리, 플라즈마 발생영역과 공정 진행영역이 구분되어, 플라즈마 발생영역에서 생성된 플라즈마가 공정 영역으로 다운스트림 방식으로 확산된다. 확산 도중 이온이나 전자 등 대부분의 하전입자들은 거의 소멸되며 반도체 기판에는 소량의 하전입자와 산소 및 질소 라디칼(radical)이 주로 도달되며, 아울러 자외선 광이 기판에 조사된다. 다시 말하면, 일반적인 식각 장치에서와 달리 다운스트림 방식으로 확산된 플라즈마에 의해 전달된 소량의 저에너지의 하전입자들은 웨이퍼 표면에 부딪히더라도 캐패시터의 손상을 유발하지 않고, 도메인 계면에 고정된 전하를 중화시키는 역할을 한다. 따라서, 다운스트림 방식으로 확산된 플라즈마로 일정 시간 처리를 진행할 경우 열화된 캐패시터의 특성을 회복시킬 수 있다.Next, as shown in FIG. 2E, a plasma treatment is performed to recover the ferroelectric characteristic deteriorated in the etching process for forming the metal wiring. At this time, the plasma treatment may be performed by using a mixed gas of O 2 and N 2 or a mixed gas of Ar, Cl 2 , He, CF 4 , and H 2 (mixed gas) in the microwave or radio frequency O, CHF 3 , and NH 3 gas at a flow rate of 20 sccm to 5000 sccm, applying a source power of 200 W to 4000 W, applying a pressure of 0.1 torr to 100 torr, The temperature is 20 to 300 DEG C for 30 to 300 seconds. Unlike a plasma generation apparatus generally used in etching, a downstream type apparatus is divided into a plasma generation region and a process progress region, and the plasma generated in the plasma generation region is diffused downstream in the process region. During diffusion, most charge carriers such as ions and electrons almost disappear and a small amount of charge carriers, oxygen and nitrogen radicals are mainly reached on the semiconductor substrate, and ultraviolet light is irradiated on the substrate. In other words, unlike in a conventional etching apparatus, a small amount of low-energy charge carriers delivered by a downstream-type plasma does not cause damage to the capacitor even if it hits the wafer surface, and neutralizes the charge fixed on the domain interface It plays a role. Therefore, when the plasma process is performed for a predetermined time with the plasma diffused in the downstream mode, the characteristics of the degraded capacitor can be recovered.

상기 플라즈마 처리는 바이어스 파워(bias power)를 가하지 않은 상태에서 실시하여야 한다. 바이어스 파워를 인가할 경우 고에너지의 하전입자들이 웨이퍼 표면에 부딪혀 강유전체 캐패시터의 열화를 가중시키기 때문이다.The plasma treatment should be performed without applying a bias power. This is because, when bias power is applied, high-energy charge carriers strike the surface of the wafer to increase the deterioration of the ferroelectric capacitor.

한편, 플라즈마 처리는 금속배선 형성시 식각마스크로 이용된 감광막 패턴을 제거하기 위한 챔버 내에서 실시할 수도 있다.On the other hand, the plasma treatment may be performed in a chamber for removing the photoresist pattern used as an etching mask in the formation of the metal wiring.

첨부된 도 3a는 도 2d와 같이 금속배선 형성을 위한 식각 공정을 진행한 후의 분극이력곡선을 보이고, 도 3b는 도 2e에서와 같이 플라즈마 처리를 실시한 후의 분극이력곡선을 보이고 있다. 도 3a 및 도 3b의 비교를 통하여, 본 발명에 따른 플라즈마 처리에 의해 강유전체 캐패시터의 분극특성이 향상되었음을 알 수 있다.FIG. 3A shows a polarization hysteresis curve after the etching process for forming a metal wiring as shown in FIG. 2D, and FIG. 3B shows a polarization hysteresis curve after plasma treatment as shown in FIG. 2E. 3A and 3B, it can be seen that the polarization characteristic of the ferroelectric capacitor is improved by the plasma treatment according to the present invention.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따라 700 ℃ 이상의 고온 열처리 공정 없이 강유전체 캐패시터의 특성을 회복할 수 있다. 그에 의해 금속막 식각 공정 후에도 우수한 캐패시터 특성을 확보함에 따라 생산수율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 소자의 신뢰성도 향상시킬 수 있다.According to the present invention as described above, the characteristics of the ferroelectric capacitor can be restored without a high-temperature heat treatment process at 700 ° C or higher. Thereby ensuring excellent capacitor characteristics even after the metal film etching process, so that not only the production yield can be increased but also the reliability of the device can be improved.

Claims (7)

삭제delete 삭제delete 강유전체 메모리 소자 제조 방법에 있어서,In a ferroelectric memory device manufacturing method, 트랜지스터를 포함한 하부구조 형성이 완료된 반도체 기판 상부에 하부전극, 강유전체막 및 상부전극을 적층하여 강유전체 캐패시터를 형성하는 단계;Forming a ferroelectric capacitor by stacking a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode on a semiconductor substrate on which a substructure including a transistor is formed; 상기 트랜지스터와 상기 강유전체 캐패시터를 연결하는 금속배선을 형성하는 단계; 및Forming a metal interconnection connecting the transistor and the ferroelectric capacitor; And 플라즈마 발생영역으로부터 공정진행 영역으로 플라즈마를 확산시키는 장치내에서 플라즈마 처리를 수행하여 상기 금속배선을 형성하는 단계에서 발생한 상기 강유전체의 특성열화를 회복시키는 단계Performing a plasma treatment in an apparatus for diffusing a plasma from a plasma generation region to a process progress region to recover the characteristic deterioration of the ferroelectric substance generated in the step of forming the metal interconnection 를 포함하는 강유전체 메모리 소자 제조 방법.Wherein the ferroelectric memory device is a ferroelectric memory device. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 플라즈마 처리는,The plasma processing may include: 다운스트림 방식에 의해 상기 플라즈마 발생영역으로부터 상기 공정 진행 영역으로 플라즈마를 확산시키는 장치 내에서 실시하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자 제조 방법.And in a device for diffusing a plasma from the plasma generating region to the process progressing region by a downstream method. 제 4 항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 플라즈마 처리는,The plasma processing may include: 마이크로 웨이브(microwave) 또는 RF(radio frequency) 다운스트림(downstream) 방식의 장치 내에서 실시하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자 제조 방법.Wherein the ferroelectric memory device is implemented in an apparatus of a microwave or radio frequency (RF) downstream system. 제 4 항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 플라즈마 처리는,The plasma processing may include: O2와 N2의 혼합가스 또는 상기 혼합가스에 Ar, Cl2, He, CF4, H2O, CHF3, NH3가스 중 적어도 어느 하나를 더 혼합한 가스를 이용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자 제조 방법.A gas mixture of O 2 and N 2 or a gas obtained by further mixing at least one of Ar, Cl 2 , He, CF 4 , H 2 O, CHF 3 and NH 3 gas is used for the mixed gas Wherein the ferroelectric memory device is a ferroelectric memory device. 제 4 항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 플라즈마 처리는,The plasma processing may include: 소오스 파워를 인가하고 바이어스 파워를 인가하지 않은 상태에서 실시하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자 제조 방법.Wherein the ferroelectric memory device is carried out in a state in which the source power is applied and the bias power is not applied.
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